锆钛酸铅(Pb(ZrxTi1-x)03,PZT)铁电材料因其具有较高的居里温度、良好的铁电、介电和压电特性,广泛应用于铁电存储器、介质滤波器和压电传感器等可调谐微波器件中,是一种重要的功能材料。随着微纳米技术和可调谐微波器件技术的发展,性能单一的二元系PZT铁电材料已不能满足日益快速发展的需求。对PZT基铁电材料进行混合或掺杂改性,以期获得高居里温度、高机械品质因数和高机电耦合系数等性能优异的多元系PZT基铁电材料,尤其是掺杂改性的微观机理成为铁电材料领域的研究热点。本文采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理方法,对PZT(50/50)铁电材料掺杂不同比例的铌锰酸铅(Pb(Mn1/3,Nb2/3)O3,PMnN)调制作用进行了理论仿真研究。利用超晶胞法建立了不同掺杂比例的三元系xPMnN-(1-x)PZT(50/50)(x=0%,4%,6%,8%,10%,15%,20%,30%)理论模型,并计算了xPMnN-(1-x)PZT(50/50)几何构型、电子结构、介电性质、光学性质和压电常数等。分析总结了PMnN添加对PZT的掺杂改性规律及微观机制,得到的结论可归纳为以下几点:(1)通过对本征PZT(50/50)晶体的几何构型、电子结构、介电性质、光学性质和压电常数的计算分析表明,优化后所得PZT(50/50)稳定结构的晶格常数、晶轴比与实验值相对误差均在2.82%以下,在合理的误差范围内,说明所选取的建模方法和计算参数是合理可行的。同时,分析得到四方相的PZT(50/50)晶体是一种具有各向异性的间接带隙半导体,且带隙值约为1.53eV。(2)对掺杂了 PMnN的三元系xPMnN-(1-x)PZT(50/50)体系几何构型和电子结构随掺杂比例x的变化情况进行了计算分析,结果表明三元系PMnN-PZT(50/50)比二元系PZT(50/50)更接近于准同型相界,该相界处四方相和三方相共存。且随着PMnN掺杂比例的提高,Nb5+和Mn2+逐渐取代了 PZT(50/50)体系中B位原子(Zr4+,Ti4+)的位置,使分布在费米能级附近的电子数增多,从而导致处于高能量范围内的能带逐渐向低能端移动,使得体系的带隙宽度逐渐变窄,导电性增强。(3)通过计算分析xPMnN-(1-x)PZT(50/50)体系介电性质,发现随着PMnN掺杂比例的增大,介电常数呈现出逐渐增大的现象,掺杂比例x=30%时最为明显。结合差分电荷密度图分析可得,由Mn2+/Nb5+掺杂引起的B位原子和O原子周围电子云发生畸变,使得正负离子中心产生相对位移,B-O八面体(由B位原子与O原子构成)畸变增强,从而导致电偶极矩的出现,自发极化增强,体系介电常数得到相应提高。(4)根据xPMnN-(l-x)PZT(50/50)体系压电常数(e31,e33)的计算结果分析可知,当PMnN的掺杂比例xC15%时,Nb5+作为一种软性掺杂,使PZT(50/50)体系晶格发生畸变,导致晶粒内部畴壁易于移动,极化变得容易,压电常数(e31,e33)增大;当x>15%时,过量的Nb5+/Mn2+会在晶界处积聚,形成一些局域的头对头或尾对尾缺陷极化排列方式,对畴壁起钉扎作用,畴壁运动受到阻碍,从而使压电活性降低,压电常数(e31,e33)减小。本文计算了不同掺杂比例的三元系xPMnN-(l-x)PZT(50/50)(x=0%,4%,6%,8%,10%,15%,20%,30%)的几何构型、电子结构、光学性质和压电常数,对PMnN掺杂PZT(50/50)的多元系掺杂改性做出了比较系统的微观机理解释,对研究PZT(50/50)基铁电材料掺杂改性微观机制具有重要意义,可望为多组分铁电材料的制备和研发提供可靠的理论指导,有望使性能优异的多元系PZT基铁电材料广泛应用于可调谐微波器件领域中,拓展铁电材料的应用范围。